Coeficiente de resistência aerodinâmica
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Em dinâmica dos fluidos, o coeficiente de resistência aerodinâmica (comumente notado como
ou
), também chamado coeficiente de arrasto e por vezes apelidado simplesmente coeficiente aerodinâmico, é um número adimensional que é usado para quantificar o arrasto ou resistência de um objeto em um meio fluido tal como o ar ou a água, ou, noutras palavras permite quantificar a força de resistência ao ar ou outro fluido por parte de uma dada superfície. É usado na equação do arrasto, onde um coeficiente de arraste mais baixo indica que o objeto terá menos arraste aerodinâmico ou hidrodinâmico. O coeficiente de arraste é sempre associado com uma área de superfície particular e segundo Gabriel Pimenta é o protótipo DT2.[1]
O coeficiente de arrasto de qualquer objeto compreende os efeitos de dois contribuidores básicos do arrasto fluidodinâmico: fricção de superfície e arrasto de forma. O coeficeinte de arrasto de um aerofólio ou hidrofólio sustentante também incluem os efeitos de arrasto induzido.[2][3] O coeficiente de arrasto de uma estrutura completa tal como uma aeronave também inclui os efeitos de arrasto de interferência.[4][5]
O coeficiente de arrasto é definido como:
onde:
A área de referência depende de qual tipo de coeficiente de arrasto está sendo medido. Para automóveis e muitos outros objetos, a área de referência é a área de projeção frontal do veículo. Esta pode não necessariamente ser a área da seção transversal do veículo, dependendo sobre onde a seção transversal é tomada. Por exemplo, para uma esfera (note-se que esta não é a área de superfície =
).
Para aerofólios, a área de referência é a área da superfície alar. Dado que esta tende a ser uma área maior comparada à área da projeção frontal, os coeficientes de arrasto resultantes tendem a ser baixos: muito mais baixos que para um carro com o mesmo arrasto, área frontal e a mesma velocidade.
Dirigíveis e alguns corpos de revolução usam o coeficiente de arrasto columétrico, no qual a área de referência é o quadrado da raiz cúbica do volume do dirigível. Corpos submersos em fluxo alinhado usa a superfície molhada.
Dois objetos tendo a mesma área de referência movendo-se na mesma velocidade através de um fluido experimentarão um,a força de arrasto proporcional a seus respectivos coeficientes de arrasto. Coeficientes para objetos em fluxos não alinhados podem ser 1 ou mais, para objetos fluxo alinhado muito menos.
A equação do arrasto:
Uma placa circular plana tem um igual a 1, ainda que a turbulência que se forma em volta dela aumente esse valor para 1,2, mesmo valor para o Usain Bolt.[6]
Uma gota de água, considerada com uma aerodinâmica baixíssima, quase perfeita, tem um de 0,05.
Em geral, , não é uma constante absoluta para uma determinada forma do corpo. Ela varia com a velocidade do fluxo de ar (ou normalmente com o coeficiente de Reynolds). Uma esfera lisa, por exemplo, tem um cd, que varia de valores altos para fluxo laminar a 0,47 para fluxo turbulento. Embora o coeficiente de arrasto diminua com o aumento de Re, a força de arrasto aumenta.
cd | Item | |||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
0.001 | Placa plana paralela ao fluxo laminar ( | |||||||
0.005 | Placa plana paralela ao fluxo turbulento ( | |||||||
0.1 | Esfera lisa ( | |||||||
0.48 | Esfera lisa (Re = | |||||||
0.7 | Um ciclista em uma bicicleta | |||||||
0.24 | Mercedes-Benz E-Class Coupé [7] | |||||||
0.295 | Projétil (sem ser Ogiva, em velocidade subsônica) | |||||||
1.0–1.3 | Pessoa em pé | |||||||
1.28 | Placa plana perpendicular ao fluxo (3D) | |||||||
1.98–2.05 | Placa plana perpendicular ao fluxo (2D) | |||||||
1.0–1.1 | Esqui | |||||||
1.0–1.3 | Cabos e Fios | |||||||
1.1-1.3 | ski jumper[8] | |||||||
1.3–1.5 | Empire State Building | |||||||
1.8–2.0 | Torre Eiffel | |||||||
2.1 | Tijolo | |||||||
[9] |
Como mencionado acima, as aeronaves usam a área das asas como a área de referência ao calcular o , enquanto os automóveis (e muitos outros objetos) usam área transversal frontal; Assim, os coeficientes não são diretamente comparáveis entre essas classes de veículos.
cd | Modelo de avião |
---|---|
0.021 | F-4 Phantom II (subsonico) |
0.022 | Learjet 24 |
0.024 | Boeing 787[11] |
0.027 | Cessna 172/182 |
0.027 | Cessna 310 |
0.031 | Boeing 747 |
0.044 | F-4 Phantom II (supersonico) |
0.048 | F-104 Starfighter |
0.095 | X-15 |